Рассеивание тепла электронного энергетического оборудования
Современное силовое электронное оборудование стремительно развивается в направлении высокой интеграции, высокой плотности сборки и высокой скорости работы. Как ядро силового электронного оборудования, чип работает все быстрее и быстрее, потребляет все больше энергии и выделяет все больше тепла. Если теплоотдача устройства не сильная, рассеивание мощности вызовет повышение температуры активной области чипа и температуру перехода в устройстве.
Частота отказов компонентов имеет экспоненциальную зависимость от температуры их перехода, а производительность снижается с увеличением температуры перехода. Частота отказов увеличивается в два раза на каждые 10 °C повышение рабочей температуры компонентов.
Поэтому в целях повышения рабочих характеристик и надежности силового электронного оборудования более необходимо и срочно проводить разумное тепловое проектирование электронного оборудования и принимать разумные меры внешнего рассеивания тепла. В настоящее время к распространенным технологиям рассеивания тепла силового электронного оборудования относятся воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение, технология тепловых трубок и т.д.
Воздушное охлаждение:
Использование теплоотвода с воздушным охлаждением для охлаждения электронных чипов является самым простым, прямым и самым дешевым методом рассеивания тепла. Вообще говоря, технология воздушного охлаждения или принудительного воздушного охлаждения в основном используется в устройствах или электронном оборудовании с низким или средним энергопотреблением. В настоящее время используются усовершенствованные вентиляторы и оптимизированные радиаторы большой площади, холодопроизводительность технологии воздушного охлаждения может достигать 50 Вт · см-2. Принцип работы теплоотвода с воздушным охлаждением очень прост: тепло, рассеиваемое стружкой, передается на металлическую основу через связующие материалы, а затем на теплоотвод тепло рассеивается в воздух посредством естественной конвекции или принудительной конвекции. Проводимость и конвекция являются двумя основными методами теплопередачи. Для передачи тепла, рассеиваемого чипом, в атмосферную среду при допустимых температурных условиях могут быть приняты следующие методы для усиления проводимости и конвекционного рассеивания тепла.
Жидкостное охлаждение:
Жидкостное охлаждение также называется водяным охлаждением. Его эффективность рассеивания тепла высока, его теплопроводность более чем в 20 раз выше, чем у традиционного воздушного охлаждения, и нет высокого шума воздушного охлаждения, что может лучше решить проблемы охлаждения и снижения шума. Устройство рассеивания тепла жидкостного охлаждения можно условно разделить на четыре части: микронасос воды, циркуляционная труба, теплопоглощающая коробка и радиатор. Принцип рассеивания тепла водяного охлаждения очень прост. Рассеивание тепла водяного охлаждения представляет собой замкнутое устройство циркуляции жидкости, через мощность, генерируемую насосом, циркуляция жидкости в закрытой системе облегчается, а тепло, генерируемое чипом, поглощенным теплопоглощающей коробкой, подается в устройство рассеивания тепла с большей площадью для рассеивания тепла через циркуляцию жидкости. Охлажденная жидкость снова возвращается в теплопоглощающее оборудование для непрерывного циркуляционного рассеивания тепла.
Технология тепловых труб:
Тепловая трубка представляет собой теплообменный элемент с высокой эффективностью теплопередачи. Теплопередача между холодными и горячими жидкостями соединена процессом фазового перехода испарения и конденсации рабочей среды в тепловой трубке. Его эквивалентная теплопроводность может достигать 103 ~ 104 раз больше, чем у металла. По сравнению с традиционным оборудованием для рассеивания тепла, тепловая трубка не нуждается в потреблении энергии, имеет небольшой размер пространства и высокую холодопроизводительность, теплоотдача на единицу площади высока. В качестве эффективного теплопроводящего элемента тепловая трубка подходит для рассеивания тепла при высоком тепловом потоке и может использоваться для электронных компонентов для получения высокой скорости экспорта тепла. В настоящее время максимальная мощность рассеивания тепла известного радиатора тепловой трубки для рассеивания тепла мощных электронных компонентов достигла 200 Вт · см-2.
Различные решения для рассеивания тепла имеют разные преимущества и недостатки. В практическом применении диверсифицированные методы рассеивания тепла должны быть выбраны в соответствии с потребностями энергетического оборудования. Только так электронное оборудование может придать полную отдачу своей максимальной производительности и стабильному сроку службы.
